Способ исследования планарного оптического волновода

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских Социалистических

Республик (щ998894 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву

Р }М g> з (22) Заявлено 25. 02. 80 (21) 2890677/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

6, 01 М 11/02

Государственный номитет

СССР по делам изобретений и.открытий (33) УДК,. 535 ° 818 (088.8) Опубликовано 23.0283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 23.0233

Ф

А,А.ËHïîâcêèé, В.Е.Стригалев, !О.П.Удоев; и В.Е.Хоменко

I, I !

У"

Ленинградский ордена Ленина политехнический ийсЫтут;-им. М.И.Калинина(72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАНАРНОГО ОПТИЧЕСКОГО

ВОЛНОВОДА

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть примене.но как для исследования планарных оптических волноводов (с постоянным или переменным показателем преломления в волноводном слое), так и для физических исследований тонких диэлектрических слоев (с постоянным или переменным показателем преломления) на диэлектрических подложках, имеющих коэффициент преломления мень щий, чем коэффициент преломления в слое.

Известен способ определения параметров волноводов путем математической обработки результатов измерений эффективных показателей преломления

N для направляемых волноводных мод (l) .

Однако этот способ требует изготовления специальных устройств для ввода (вывода) излучения, тщательной коллимации вводимых пучков, обеспечения параллельности рабочей грани призменного элемента связи и поверхности волновода при сохранении опредерзнного постоянного зазора между гранью К поверхностью волновода, предъявляют высокие требования к плоскости рабочей грани призмы и поверхности волновода.

Известен. также способ исследова5 ния планарного оптического волновода, включающий создание оптического контакта между поверхностью волноводного слоя и одной гранью призмы, освещение другой грани призмы неполя" ризованным светом, измерение за третьей гранью призмы углового распреде ления интенсивности излучения, испытавшего полное внутреннее отражение от подложки волновода, и вычисление по угловому распределению параметров волновода (2) .

Однако указанный способ имеет большуЫ трудоемкость и недостаточную точность измерений..

20 Цель изобретения — упрощение способа.

Указанная цель реализуется тем, что на освещаемой грани призмы свет . рассеивают, -выходящее иэ третьей грани излучение поляризуют, а измерение проводят путем определения интерференционных минимумов его пространственного фурье-спектра.

Кроме того, оптический контакт создают по всей общей площади контак- . тирующих поверхностей, причем опти998894 ческий контакт создают средой, имеющей показатель преломления, на рабочей длине волны меньше или равный показателю преломления призмы, но больше или равный показателю преломления волноводного слоя у его поверх- 5 ности °

При этом гризму освещают светом ны волноводного слоя.

I 10

На фиг. 1 показана оптическая схе15

7 обеспечивает исследование пространственного фурья-спектра излучения отраженного от области оптического контакта призмы с волноводом и прошедшего выходную грань б призмы. Ма тирование входной грани обеспечивает наличие .большого числа лучей, падаю- 60 щих на рабочую грань под углами, большими критического угла полного внутреннего отражения для границы сред призма — подложка волновода. Большая .площадь оптического контакта и исполь >5 г длиной когерентности порядка толщима устройства для реализации способа и ход интерферирующих лучей для тонкоплечного волновода на фиг. 2 ход интерферирующих лучей для волноводов с переменным показателем преломления °

Устройство содержит призму 1, вол" новодный слой 2, подложку волновода

3, входную матированную грань 4, рабочую грань 5, выходную грань б, устройство для визуального контроля или измерения углового распределения интенсивности параллельных пучков излучения с требуемой поляри". акцией 7 и слой жидкости 8. В устройстве буквами Q и 1.„> обозначены два произволь,ных луча. Интерферируют пары лучей

a„, а и b„,Ü

Иатированйая грань 4 призмы 1, прозрачной для рабочего интервала длин волн, освещается пучком неполяризованного излучения с требуемым спектральным составом..В оптическом контакте с рабочей гранью 5 призмы находится волноводный слой 2, приготовленный на подложке 3. Показатель преломления призмь1 больше показателя преломления волноводного слоя. Угол

oL призмы выбран таким, чтобы обеспечивать выход из грани б лучей, подаю" щих на грань 5 под углами, большими критического угла полного внутреннего отражения для границы сред призма — подложка. 3а выходной гранью б призмы расположено устройство 7 для визуального контроля или измерения углового распределения интенсивности параллельных пучков излучения с требуемой поляризацией, например, .для электрического вектора волны, параллельного плоскости падения (TN» волны), или для электрического вектора голны, перпендикулярного плоскости падения (TE-волны). Устройство

50 зование устройства, фиксирующего интенсивность -всех лучей, выходящих из грани б под фиксированным углом к ее нормали, увеличивает КПД схемы по световому потоку, Длина когерентности источников излучения не должна быть значительно меньше оптической разности хода интерферирующих лучей. Оптический контакт рабочей

:грани призмы и.волноводного слоя может быть осуществлен, например, с помощью тонкого слоя 8 иммерсионной жидкости, показатель преломления п.) которой удовлетворяет неравенстВо п (0) n„ np, где n — показатель преломления призмы

n (o) †. показатель преломления волноводного слоя у его поверхности (для тонкопленочного волновода п (О) =ng) .

В качестве устройства 7 может быть использована оптическая схема, включающая, например, поляризатор, объек" тив и фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости объектива и имеющий приемную площадку в виде узкой щели, параллельной направлению интерференционных полос равного наклона, При описанных выше условиях освещения грани 5 осуществляют такой диапазон углов падения E при котором лучи испытывают полное внутреннее отражение от подложки волновода, но еще не испытывают такого отражения на поверхности волновоп;ного слоя.

При углах падения Е < Е„р, где з1п Е =

=nq(0)/п, лучи, отраженные от обеих границ тонкопленочного волновода или от передней границы и в толще волноводного слоя для волновода с переменными показателями преломления,интерферируют, что приводит к появлению интерференционных минимумов в .пространственном фурье-спектре отраженного излучения. С помощью устрой.ства 7 определяют углы выхода V для которых наблюдаются эти минимумы.

Углы выхода >.связанй с углами падения Е тех же лучей на грань 5 соотношением . Ч=Q csl

По величине фщ с помощью соотноше:ния (1) определяют величину и =и з1и Ь„„=и (о)э1и 9„„(о) где m=O, 1, 2, 6 - угол преломления (фиг. 1 и 2)5

Используя математическое выражение, связывающее величины п„„с параметрами волновода, по набору экспериментальных значений п1,известными мет эдами рассчитывают параметры вол- 1() новода.

Одним из-вариантов реализации . предлагаемого способа является применение рефрактометров типа рефрактометров Аббе. Как и;". при обычных (5 рефрактометрических измерениях, входная грань измерительной призмы прибора освещается в этом случае источником света с белым спектром, одна- . ко наблюдение границы областей с раэ-gp ным уровнем освещенности проводится с использованием поляризатора, вво" ди3юго между глазом наблюдателя и окуляром .прибора и ориентированного таким образом, чтобы выделить 35

ТЕ- или ТМ-поляризацию. Встроенный в прибор компенсатор позволяет устранить различие интерференционных полос, обусловленное дисперсией призмы и волновода, причем компенсация достигается для длины-волны, равной длине. волны Д-линии натрия. В поле .зрения. окуляра в этом случае наблюдается черно-белая интерференционная картина вблизи границы темной и свет1 лой области, соответствующей полно му внутреннему отражению для границ сред призма — подложка волновода.

При совмещении визирной линии окуляра с центром узких темных линий от". счетное устройство прибора сразу же 40

:дает величины, соответствующие ocseщению излучением с длиной волны Д-линии натрия. Наблюдение интерференционной картины и подсчета числа тем" ных полос позволяет оценить число 45 мод волновода для Д-линии натрия и другие параметры волновода.

Предлагаемый способ не требует какой-либо юстировки образца, особен-. но затруднительной эа пределами ви- у) димой области спектра, специальных приемов и устройств для освещения н применим для широкого класса волноволных структур, включая волноводы с малым рассеянием или большим затуханием, Он может быть использован как дйя физических исследований, так и для технологического контроля при производстве интегрально-оптических компонентов волоконно-оптических линий связи.

Формула изобретения

1. Способ исследования планарного оптического волновода, включака(ий создание оптического контакта-между поверхностью водного слоя и одной гранью .призмы, освещение другой грани призмы неполяризованньаа светом, измерение за третьей. гранью призмы углового распределения интенсивности излучения, испытавшего полное внутреннее отражение от подложки волновода, и вычисление по угловому распределению параметров волновода„ о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью упрощения спосрба,:на освещаемой грани призмы свет рассеивают, выходящее из третьей грани излучение поляризуют, а.иэмерение проводят путем определения интерференционных минимумов его пространственного фурьеспектра.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что:оптическйй контакт создают по всей общей площади контактирующих поверхностей, причем оптический контакт создают средой, имеющей показатель преломления на рабочей длине волны меньше или рав- ный показателю преломления призмы, но больше или равный показателю преломления волноводного слоя у его поверхности.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что призму освещают светом с длиной когерентности порядка толщины волноводного слоя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1 ° Интегральная оптика. Под ред.

Tampa. И, Мир, 1978.

2. Appl. Phys. Lett. 1978, 932, 12, р. 819 (прототип).

998894

Составитель Л.Мухина

Редактор В.Лазаренко Техред A.Áàáèíåö . Корректор Ю.Макаренко

Заказ 1142/64 Тираж 871 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r.Óærîðîä, ул.Проектная, 4